гравировальные пасты для неорганических поверхностей

Формула изобретения

1. Печатаемое свободное от частиц гравировальное средство, которое применимо при температуре от 15 до 50°С и/или необязательно при подаче энергии, в форме гравировальной пасты, обладающей неньютоновской текучестью, для гравировки поверхностей из стекла, выбранного из группы, включающей стекла на основе оксида кремния или стекла на основе нитрида кремния, включающее:

a. по меньшей мере один гравировальный компонент для неорганических поверхностей,

b. растворитель,

c. полимер на основе акрилатных или функционализированных виниловых звеньев и/или целлюлозу/производное целлюлозы, выбранное из группы, включающей этил-, гидроксипропил-, гидроксиэтилцеллюлозу, и соль простых эфиров гликолевых кислот с целлюлозой, включая натриевую соль карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозы, или крахмал/производное крахмала, выбранное из группы, включающей натриевую соль карбоксиметилкрахмала, простой эфир крахмала и анионный гетерополисахарид, и

d. необязательно органическую и/или неорганическую кислоту, а также необязательно

e. добавки, такие, как пеногасители, тиксотропные агенты, средства для контроля за потоком, деаэрирующие агенты и промоторы адгезии.

2. Печатаемое гравировальное средство по п. 1 для поверхностей стекол, содержащих элементы, выбранные из группы, включающей кальций, натрий, алюминий, свинец, литий, магний, барий, калий, бор, бериллий, фосфор, галлий, мышьяк, сурьму, лантан, скандий, цинк, торий, медь, хром, марганец, железо, кобальт, никель, молибден, ванадий, титан, золото, платину, палладий, серебро, церий, цезий, ниобий, тантал, цирконий, иттрий, неодим и празеодим.

3. Гравировальное средство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве гравировального компонента оно содержит по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы, включающей фторид, бифторид и тетрафторборат и необязательно неорганическую и/или органическую кислоту, причем гравировальный(е) компонент(ы) присутствуют в концентрации от 2 до 20%, предпочтительно от 5 до 15% в расчете на общую массу.

4. Гравировальное средство по п. 1 или 3, отличающееся тем, что гравировальный компонент содержит по меньшей мере одно фторсодержащее соединение, выбранное из группы, включающей фторид аммония, щелочного металла и сурьмы, бифторид аммония, щелочного металла, кальция и тетрафторборат алкиламмония и калия и необязательно по меньшей мере одну неорганическую минеральную кислоту, выбранную из группы, включающей соляную кислоту, фосфорную кислоту, серную кислоту и азотную кислоту, и/или, необязательно, по меньшей мере одну органическую кислоту, которая может содержать алкильный остаток с прямой или разветвленной цепью, содержащей 1-10 атомов углерода, выбранную из группы, включающей алкилкарбоновые кислоты, гидроксикарбоновые кислоты и дикарбоновые кислоты.

5. Гравировальное средство по п. 1, отличающееся тем, что органическую кислоту выбирают из группы, включающей муравьиную кислоту, уксусную кислоту, молочную кислоту и щавелевую кислоту.

6. Гравировальное средство по п. 1 или 3, отличающееся тем, что доля органической и/или неорганической кислоты составляет от 0 до 80% от общего количества гравировального средства, причем добавленные кислоты в каждом случае имеют значение рК_а от 0 до 5.

7. Гравировальное средство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве растворителя оно включает воду, моноатомные или многоатомные спирты, такие, как глицерин, 1,2-пропандиол, 1,4-бутандиол, 1,3-бутандиол, 1,5-пентандиол, 2-этил-1-гексанол, этиленгликоль, диэтиленгликоль и дипропиленгликоль, а также их простые эфиры, такие, как этиленгликольмонобутиловый эфир, триэтиленгликольмонометиловый эфир, диэтиленгликольмонобутиловый эфир и дипропиленгликольмонометиловый эфир, и сложные эфиры, такие, как [2,2-бутокси(этокси)]этилацетат, сложные эфиры угольной кислоты, такие, как пропиленкарбонат, кетоны, такие, как ацетофенон, метил-2-гексанон, 2-октанон, 4-гидрокси-4-метил-2-пентанон и 1-метил-2-пирролидон, как таковые или в смеси, в количестве от 10 до 90%, предпочтительно в количестве от 15 до 85% в расчете на общее количество средства.

8. Гравировальное средство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве загустителя оно содержит полимер на основе акрилата или функционализированного винильного звена и, необязательно, целлюлозу/производное целлюлозы или крахмал/производное крахмала в количестве от 0,5 до 25%, предпочтительно от 3 до 20% в расчете на общее количество гравировального средства.

9. Гравировальное средство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит в расчете на общее количество средства от 0 до 5% добавок, выбранных из группы, включающей пеногаситель, тиксотропный агент, агент, контролирующий поток, деаэрирующий агент и промотор адгезии.

10. Способ гравировки неорганических стеклоподобных кристаллических поверхностей, отличающийся тем, что гравировальное средство по пп. 1-9 наносят на всю поверхность или, согласно структурной маске, только на те точки, где необходима гравировка, а затем, после завершения гравировки смывают растворителем или смесью растворителей.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что гравировальное средство после завершения гравировки смывают водой.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к новым гравировальным средствам в виде печатаемых, гомогенных, свободных от частиц паст, обладающих неньютоновским характером течения, для гравировки неорганических, стеклоподобных аморфных или кристаллических поверхностей, предпочтительно основанных на SiO₂- или нитриде кремния системах, а также к применению этих гравировальных средств.

Термин "неорганические поверхности" применяется в значении оксидных и нитридосодержащих соединений кремния, в частности поверхностей из оксида кремния и нитрида кремния.

Определение стекла:

Термин "стекло" сам по себе применяется в значении однородного материала, например кварцевое стекло, оконное стекло или боросиликатное стекло, а также тонких слоев этих материалов, образованных на других субстратах (например, керамике, металлических листах или кремниевых вафлях) при помощи разнообразных способов, известных специалисту в данной области техники (CVD, PVD, загонка примеси, термическое окисление, среди прочих).

Термин "стекла", приведенный ниже, применяется в значении материалов, содержащих оксид кремния и нитрид кремния, которые существуют в твердом аморфном состоянии без выкристаллизирования компонентов стекла и имеют высокую степень неупорядоченности в микроструктуру, которая является следствием отсутствия дальнего порядка.

Кроме чистого SiO₂ стекла (кварцевое стекло), включены все стекла (например, легированные стекла, такие как боросиликатные, фосфосиликатные и борофосфосиликатные стекла, цветные, матовые и кристаллические стекла, оптические стекла), которые включают SiO₂ и другие компоненты, в частности элементы, такие как, например, кальций, натрий, алюминий, свинец, литий, магний, барий, калий, бор, бериллий, фосфор, галлий, мышьяк, сурьма, лантан, скандий, цинк, торий, медь, хром, марганец, железо, кобальт, никель, молибден, ванадий, титан, золото, платина, палладий, серебро, церий, цезий, ниобий, тантал, цирконий, иттрий, неодим и празеодим, которые встречаются в стеклах или выступают в качестве легирующих элементов в стеклах в виде оксидов, карбонатов, нитратов, фосфатов, сульфатов и/или галоидов. Легированные стекла представляют собой, например, боросиликатное, фосфосиликатное и борофосфосиликатное стекла, цветное, матовое и кристаллическое стекла и оптические стекла.

Нитрид кремния может, подобным образом, включать другие элементы, такие как бор, алюминий, галлий, индий, фосфор, мышьяк или сурьму.

Определение систем, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния:

Термин "системы, основанные на оксиде кремния" ниже применяется ко всем кристаллическим системам, которые не подпадают под определение, приведенное выше для аморфных SiO₂ стекол и основываются на оксиде кремния; они могут представлять собой, в частности, соли и сложные эфиры ортокремниевой кислоты и продукты их конденсации, обычно называемые специалистом в данной области техники силикаты, а также кварц и стеклокерамику.

Это определение также включает другие системы, основанные на оксиде кремния и нитриде кремния, в частности соли и сложные эфиры ортокремниевой кислоты и продукты их конденсации. Кроме чистого SiO₂ (кварц, тридимит и хризобалит), определение включает все основанные на SiO ₂ системы, которые состоят из SiO₂ в виде "дискретном" и/или связанном [SiO₄]тетрагидро, такие как, например, незосиликаты, соросиликаты, циклосиликаты, иносиликаты, филлосиликаты и тектосиликаты, а также другие компоненты, в частности элементы/компоненты, такие как, например, кальций, натрий, алюминий, литий, магний, барий, калий, бериллий, скандий, марганец, железо, титан, цирконий, цинк, церий, иттрий, кислород, гидроксильные группы и галиды.

Термин "системы, основанные на нитриде кремния" ниже применяется к кристаллическим или частично-кристаллическим (обычно называемым микрокристаллические) системам, которые не подпадают под определение, приведенное выше для стекол/слоев из аморфного нитрида кремния. Они включают Si₃N ₄ в его -Si ₃N₄ и -Si ₃N₄ модификациях и все кристаллические и частично-кристаллические SiN_x и SiN_x:H слои. Кристаллический нитрид кремния может быть легирован при помощи других элементов, таких как бор, алюминий, галлий, индий, фосфор, мышьяк и сурьма.

1. Гравировка структур на стекле

Применение гравировщиков, т.е. химически агрессивных соединений, вызывает растворение материала, который подвергают атаке гравировщиком. Это не только первый слой поверхности атаки, а также в зависимости от поверхности атаки более глубокие слои, которые подвергаются атаке и удаляются.

2. Гравировка структур на стеклах, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния, и других системах, основанных на оксиде кремния и нитрид кремния

Согласно настоящему уровню техники возможно селективно гравировать любые желаемые структуры на стеклах, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния, и других системах, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния, или их поверхности, или их слои различной толщины, непосредственно при помощи лазерных способов гравировки или после маскировки при помощи влажно-химических способов [1, 2] или при помощи способов сухой гравировки [3].

При лазерных способах гравировки лазерный луч сканирует полный рисунок гравировки для точки на стекле, что, дополнительно к высокой степени точности, также требует существенных усилий по наладке и занимает много времени.

Влажно-химические и сухой способы гравировки включают напряженные для материала, требующие много времени и дорогие стадии способа:

А. маскировка площадей, которые не подвергают гравировке, например, при помощи:

- фотополиграфии: получение негатива или позитива структуры гравировки (в зависимости от сопротивления), которые покрывают поверхность субстрата (например, при помощи покрытия центрифугированием пригодным фоторезистом), сушка фоторезиста, выдержка покрытой поверхности субстрата, обработка, промывание, сушка при желании.

В. гравировка структур при помощи:

- способов погружения (например, влажная гравировка в банках с увлажненными химикатами): погружение поверхностей в каждую ванну, процесс гравировки, повторяющееся промывание в Н₂О каскадных ванночках, сушка;

- способы загонки примесей или распыления: гравирующий раствор наносят на вращающийся субстрат, операция гравировки может происходить без/с поступлением энергии (например, ИК- или УФ-облучение), и после нее следует промывание и сушка;

- способы сухой гравировки, такие как, например, пламенная гравировка в дорогих вакуумных установках или гравировка химически активными газами в поточных реакторах.

3. Гравировка на полную площадь стекол, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния, а также систем, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния

Для гравировки стекол, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния, а также других систем, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния, а также их слоев различной толщины до конкретной глубины по всей площади предпочтительно применяются способы влажной гравировки. Стекла, основанные на оксиде кремния и нитриде кремния, и другие системы, основанные на оксиде кремния и нитриде кремния, а также их слои различной толщины погружают в гравировальные ванны, которые обычно содержат токсичную и высококоррозийную фтористоводородную кислоту или другую минеральную кислоту в качестве гравирующего компонента.

Недостатками способов гравировки, которые описаны, являются следствием длительных по времени, требующих много материалов, дорогих стадий обработки, которые в некоторых случаях являются сложными с точки зрения технологии и безопасности или проводят пакетным способом.

Целью настоящего изобретения, таким образом, является обеспечить гравировальное средство, которое можно применять в технологически простом способе гравировки с высокими сильными пропускными способностями для неорганических поверхностей, в частности для стекла и других систем, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния, а также их слоев различной толщины, этот простой способ гравировки является существенно менее дорогостоящим, чем традиционный влажный и сухой способы гравировки в жидкой или газообразной фазе.

Изобретение, таким образом, относится к печатаемым, гомогенным, свободным от частичек гравировальным пастам, которые имеют предпочтительно неньютоновский характер течения, а также к их применению для гравировки неорганических поверхностей, в частности поверхностей стекол, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния, и других систем, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния, а также их слоев различной толщины.

Изобретение также относится к применению этих гомогенных, свободных от частиц гравировальных паст, которые обладают неньютоновским характером течения в - по сравнению с традиционным влажным и сухим способами гравировки в жидкой или газообразной фазе - менее дорогих, технологически простых способах печати/гравировки для стекла и других систем, основанных на диоксиде кремния и нитриде кремния, которые пригодны для высокой производительности и могут осуществляться непрерывно.

Получение, формирование и последующая обработка, такая как, например, шлифовка, полировка, доводка и обработка теплом, систем, основанных на SiO₂, являются - в случае стекол - неважными для применения, описанного по изобретению, печатаемых, гомогенных, свободных от частиц гравировальных паст, которые обладают неньютоновским характером течения.

Изобретение относится как к гравировке субстратов, покрытых SiO₂ , так и покрытых нитридом кремния, таких как однородные, полные, непористые или пористые твердые вещества (например, гранулы стекла и порошки, а также плоское, полое, зеркальное или металлизированное стекло), которые получают, например, из расплавов стекла, а также для гравировки непористых и пористых слоев стекла различной толщины, которые были образованы на других субстратах (например, на керамике, металлических листах или кремниевых вафлях) при помощи различных способов, известных специалисту в данной области техники (например, CVD, PVD, загонка Si-содержащих предшественников, термическое окисление...).

Гравировальные пасты наносят за одну стадию способа на поверхность субстрата, которая подвергается гравировке. Поверхность, подвергаемая гравировке, может представлять собой поверхность или часть поверхности на гомогенном, твердом, пористом или непористом элементе, состоящем из стекла, основанного на оксиде кремния или нитриде кремния, или других систем, основанных на оксиде кремния или нитриде кремния (например, поверхность листа стекла из оксида кремния) и/или поверхность или часть поверхности пористого или непористого слоя стекла или других систем, основанных на оксиде кремния или нитриде кремния, на материале-основе.

Способ, имеющий высокую степень автоматизации и высокую производительность, который пригоден для переноса гравировальной пасты на поверхность субстрата, подвергаемого гравировке, применяет печатную технологию. В частности, трафаретный способ печати, шелково-трафаретный способ печати, присыпной способ печати, штамповый способ печати и струйный способ печати являются способами печати, которые известны специалисту в данной области. Подобным образом возможно нанесение вручную.

В зависимости от конструкции трафарета, шелкового трафарета, клише или штампа или адресации картриджа является возможным нанесение печатаемых, гомогенных, свободных от частиц гравировальных паст, обладающих неньютоновским характером течения, которые описаны по изобретению, на всю поверхность или селективно, согласно со структурной маской гравировки только на точки, где гравировка является желанной. Все стадии маскировки и литографии, как описано в А) являются ненужными. Операция гравировки может происходить с или без подачи энергии, например, в виде теплового излучения (применяя ИК-излучатели). После завершения гравировки печатаемые, гомогенные, свободные от частиц, гравировальные пасты, которые обладают неньютоновским характером течения, смывают с гравированной поверхности, используя пригодный растворитель, или выжигают.

Варьируя следующие параметры, можно регулировать глубину гравировки в стеклах, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния, или других системах, основанных на оксиде кремния или нитриде кремния, а также их слоях различной толщины, а также в случае селективной гравировки структуры дополнительно можно регулировать остроту кромок выгравированных структур:

- концентрация и состав гравирующих компонентов;

- концентрация и состав применяемых растворителей;

- концентрация и состав сгущающих систем;

- концентрация и состав любых добавляемых кислот;

- концентрация и состав любых прибавляемых добавок, таких как противопенящие агенты, тиксотропные агенты, агенты, контролирующие поток, агенты, деаэрации и промоторы адгезии;

- вязкость печатаемых гомогенных, свободных от частиц гравировальных паст, обладающих неньютоновским характером течения, которые описаны по изобретению;

- продолжительность гравировки с или без ввода энергии в неорганические поверхности, на которые нанесена печать соответствующей печатной пастой, и их слои, и

- ввод энергии в систему, на которую нанесена печать при помощи гравировальной пасты.

Продолжительность гравировки может составлять от нескольких секунд до нескольких минут, в зависимости от нанесения, желаемой глубины и/или остроты кромки гравированных структур. В общем, устанавливают продолжительность гравировки, которая составляет от 1 до 15 минут.

Печатаемые, гомогенные, свободные от частиц гравировальные пасты, обладающие неньютоновским характером течения, которые описаны по изобретению, являются по сравнению с жидкими, растворенными или газообразными гравировальными агентами, такими как неорганические минеральные кислоты из группы, состоящей из фтороводородной кислоты, фторидов, газообразной HF и SF₆, преимущественно существенно более простыми и безопасными в обращении и существенно более экономичными относительно количества гравирующего агента.

Печатаемые, гомогенные, свободные от частиц гравировальные пасты, обладающие неньютоновским характером течения, по изобретению имеют следующий состав:

а. гравировальный компонент для стекла или для других систем, основанных на SiO₂, и их слоев;

b. растворитель;

с. сгуститель;

d. при желании, органическая(ие) и/или неорганическая(ие) кислота(ы);

е. при желании, добавки, такие как противопенящие агенты, тиксотропные агенты, агенты для контроля над потоком, агенты деаэрации и промоторы адгезии.

Гравировальное действие печатаемых, гомогенных, свободных от частиц гравировальных паст, обладающих неньютоновским характером течения, которые описаны по изобретению, на поверхности стекол, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния, и других систем, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния, основывается на применении растворов фторосодержащих компонентов при или без добавления кислоты, в частности растворов фторидов, бифторидов, тетрафтороборатов, таких как, например, фториды аммония, щелочных металлов и сурьмы, бифториды аммония, щелочных металлов и кальция, тетрафторобораты алкилированного аммония и калия, а также их смеси. Эти гравирующие компоненты являются эффективными в гравировальных пастах даже при температурах в диапазоне от 15 до 50°С, в частности при комнатной температуре, и/или активируются при помощи ввода энергии, например, при термическом облучении ИК-излучателями (до приблизительно 300°С), УФ или лазерном облучении.

Доля применяемых гравирующих компонентов лежит в диапазоне концентрации от 2 до 20 вес.%, предпочтительно в диапазоне от 5 до 15 вес.%, исходя из общего веса гравировальной пасты.

Растворитель может представлять собой основную составляющую гравировальной пасты. Его доля может быть в диапазоне от 10 до 90 вес.%, предпочтительно в диапазоне от 15 до 85 вес.%, исходя из общего веса гравировальной пасты.

Пригодными растворителями могут быть неорганические и/или органические растворители или их смеси. Пригодными растворителями, которые можно применять в чистом виде или в соответствующих смесях, могут быть в зависимости от применения:

- вода;

- простые или многоатомные спирты, такие как, например, диэтиленгликоль, дипропиленгликоль, 1,2-пропандиол, 1,4-бутандиол, 1,3-бутандиол, глицерин, 1,5-пентандиол, 2-этил-1-гексанол или их смеси;

- кетоны, такие как, например, ацетофенон, метил-2-гексанон, 2-октанон, 4-гидрокси-4-метил-2-пентанон или 1-метил-2-пирролидон;

- простые эфиры, такие как этиленгликольмонобутиловый эфир, триэтиленгликольмонометиловый эфир, диэтиленгликольмонобутиловый эфир или дипропиленгликольмонометиловый эфир;

- сложные эфиры карбоксильных кислот, такие как [2,2-бутокси(этокси)]этилацетат4

- сложные эфиры карбоновой кислоты, такие как пропиленкарбонат;

- неорганические минеральные кислоты, такие как соляная кислота, фосфорная кислота, серная кислота или азотная кислота, или органические кислоты, которые имеют длину цепочки алкильного радикала n=1-10, либо их смеси. Алкильный радикал может быть либо прямоцепочечным, либо разветвленным. В частности, пригодными являются органические карбоновые, гидроксикарбоновые и дикарбоновые кислоты, такие как муравьиная кислота, уксусная кислота, молочная кислота, щавелевая кислота или подобные.

Эти растворители или их смеси также, среди прочего, пригодны для удаления гравировального средства после завершения гравировки и, при желании, очищения гравированной поверхности.

Вязкость печатаемых гомогенных, свободных от частиц гравировальных паст, обладающих неньютоновским характером течения, которые описаны по изобретению, достигается при помощи образующих сеть сгустителей, которые разбухают в жидкой фазе и могут варьироваться в зависимости от желаемой области применения. Печатаемые, гомогенные, свободные от частиц гравировальные пасты, обладающие неньютоновским характером течения, которые описаны по изобретению, включают все гравировальные пасты, вязкость которых не является независимой от скорости сдвига, в частности гравировальные пасты, имеющие утончающее срез действие. Сеть, полученная при помощи сгустителей, разрушается от напряжения при сдвиге. Восстановление сети может происходить без задержки времени (неньютоновские гравировальные пасты, имеющие пластическое или псевдопластическое поведение потока) или с задержкой времени (гравировальные пасты, имеющие тиксотропное поведение потока).

Печатаемые, гомогенные, свободные от частиц гравировальные пасты, обладающие неньютоновским характером течения, становятся полностью гомогенными при добавлении сгустителя. Сыпучие сгустители, такие как, например, сыпучий кремний или акриловые смолы, не применяют.

Возможными сгустителями являются полимеры, основанные на следующих мономерных звеньях:

- глюкозные звенья

-глюкозидно связанные, т.е. целлюлоза и/или производные целлюлозы, такие как целлюлозные эфиры, в частности этил- (например, Aqualon® EC), гидроксипропил- (например, Klucel®) и гидроксиэтилцеллюлоза (например, Natrosol®), а также соли целлюлозного эфира гликолевой кислоты, в частности натрийкарбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза (например, Na-СМНЕС),

- -глюкозидно связанные, т.е. крахмал и/или производные крахмала, такие как окисленный крахмал, в частности натрийкарбоксиметилкрахмал (vivastar® Р0100 или vivastar® P5000), и крахмальные эфиры, в частности анионные гетерополисахариды (Deuteron® VTS19 или Deuteron® XG);

- функционализированные метакрилатные звенья, в частности катионный метакрилат/метакриламид, такой как Borchigel® А РК;

- функционализированные виниловые звенья, т.е.

поливиниловые спирты различной степени гидролиза, в частности Mowiol® 47-88 (частично гидролизированные, т.е. винилацетатные и виниловоспиртовые звенья) или Mowiol® 56-98 (полностью гидролизированный),

поливинилпирролидоны (PVP), в частности PVP К-90 или PVP К-120.

Сгустители можно применять отдельно или в комбинациях с другими сгустителями.

Доля сгустителей, необходимая для конкретной установки диапазона вязкости и в основном для образования печатаемой пасты, находится в диапазоне от 0,5 до 25 вес.%, предпочтительно от 3 до 20 вес.%, исходя из общего веса гравировальной пасты.

Как уже описывалось, гравировальные пасты по изобретению также становятся полностью гомогенными при добавлении сгустителя. Они не включают никаких сыпучих сгустителей, таких как, например, сыпучий кремний или акриловые смолы.

Органические и неорганические кислоты, значение рК_а которых находится между 0 и 5, могут добавляться к печатаемым, гомогенным, свободным от частниц гравировальным пастам, обладающим неньютоновским характером течения, которые описаны по изобретению. Неорганические минеральные кислоты, такие как, например, соляная кислота, фосфорная кислота, серная кислота и азотная кислота, а также органические кислоты, которые имеют длину цепочки алкильного радикала n=1-10, улучшают гравировальное действие печатаемых, гомогенных, свободных от частиц гравировальных паст, обладающих неньютоновским характером течения. Алкильный радикал органических кислот может быть либо прямоцепочечным, либо разветвленным, причем особенно пригодными являются органические карбоновые, гидрокарбоновые и дикарбоновые кислоты, такие как муравьиная кислота, уксусная кислота, молочная кислота и щавелевая кислота, или др. Доля кислоты(кислот) может быть в диапазоне от 0 до 80 вес.%, исходя из общего веса гравировальной пасты.

Добавками, которые имеют свойства, которые представляют преимущества для желаемой цели, являются противовспениватели, такие как, например, доступный под товарным названием TEGO® Foamex N; тиксотропные агенты, такие как BYK® 410, Borchigel® Thixo2; агенты, контролирующие поток, такие как TEGO® Glide ZG 400; агенты деаэрации, такие как TEGO® Airex 985; и промоторы адгезии, такие как Bayowet® FT 929.

Они могут оказывать положительное действие на печатаемость печатной пасты.

Доля добавок находится в диапазоне от 0 до 5 вес%, исходя из общего веса гравировальной пасты.

Области применения гравировальных паст по изобретению лежат, например, в

- производстве солнечных элементов (фотоэлектрических компонентов, таких как солнечные элементы и фотодиоды);

- производстве полупроводников;

- производстве стекла;

- высокоточной электронике.

Новые печатаемые, гомогенные, свободные от частиц пасты, обладающие неньютоновским характером течения, по изобретению могут применяться, в частности, в случаях, где требуется гравировка полной площади и/или структурированная гравировка поверхностей стекол, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния, и других систем, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния, а также их слоев.

Таким образом, полные поверхности, а также отдельные структуры можно селективно гравировать до желаемой глубины в однородных, непористых и пористых стеклах и других однородных, непористых и пористых системах, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния, т.е. операция гравирования может покрывать все диапазоны от микроструктурного придания шероховатости (все еще прозрачные стекла со светорассеивающим эффектом) при помощи эффектов изморози/матовости до гравирования структур с глубокой гравировкой (например, маркировка, орнаменты/рисунки). Области применения представляют собой, например:

- производство обзорных окон для клапанов и измерительного оборудования всех типов;

- производство стеклянных основ для наружного применения (например, для солнечных элементов и накопителей тепла);

- гравированные стеклянные поверхности для медицинского и гигиенического сектора, а также для декоративных целей, включая художественные и архитектурные применения;

- гравированные стеклянные емкости для косметических продуктов, пищи и напитков;

- специфическая частичная гравировка стекол и других систем, основанных на оксиде кремния, для целей маркировки и этикетирования, например для маркировки/этикетирования стекла емкости и плоского стекла;

- специфическая частичная гравировка стекол и других систем, основанных на оксиде кремния, для минералогических, геологических и микростуктурных исследований.

В частности, способы трафаретной печати, шелково-трафаретной печати, печати при помощи подушек, печати при помощи штампов и струйной печати являются пригодными методиками для нанесения гравировальных паст по желанию. В общем, кроме упомянутых способов печати, также возможно нанесение вручную (например, при помощи кисти).

Кроме промышленного применения, гравировальные пасты также пригодны для любительских нужд и наборов типа "Сделай сам".

Печатаемые гомогенные, свободные от частиц гравировальные пасты, обладающие неньютоновским характером течения, которые описаны по изобретению, могут применяться во всех случаях, если слои стекол и других систем, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния, различной толщины необходимо гравировать по всей площади и/или структурированным способом. Области применения, например, таковы:

- все стадии гравировки на стеклах, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния, и других системах, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния, которые ведут к получению фотоэлектрических компонентов, таких как солнечные элементы, фотодиоды и подобные, в частности,

a) удаление слоев оксида кремния/оксида кремния с примесями (например, фосфорного стекла после n-лакировки солнечного элемента) и слоев нитрида кремния,

b) селективное открытие слоев пассивации оксида кремния и нитрида кремния для получения двустадийных селективных излучателей (после открытия, повторное нанесение покрытия с целью получения слоев n⁺⁺) и/или локальных областей задней поверхности р⁺ (BSF),

c) гравировка кромки панелей солнечных элементов с покрытием из оксида кремния и/или нитрида кремния;

- все стадии гравировки на слоях стекол, основанных на оксиде кремния или нитриде кремния, и других структур, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния, которые ведут к получению полупроводниковых компонентов и контуров и которые требуют открытия слоев пассивации оксида кремния и нитрида кремния;

- стадии гравировки на слоях стекол, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния, и других структур, основанных на оксиде кремния и нитриде кремния, которые ведут к получению компонентов для высокоточной электроники.

В частности, способы трафаретной печати, шелково-трафаретной печати, печати при помощи подушек, печати при помощи штампов и струйной печати являются пригодными методиками для нанесения гравировальных паст по желанию. В общем, кроме упомянутых способов печати, также возможно нанесение вручную.

Кроме промышленного применения, гравировальные пасты также пригодны для любительских нужд и наборов типа "Сделай сам".

Примеры

Для лучшего понимания и для иллюстрации ниже приведены примеры, которые входят в область настоящего изобретения, но не пригодны для ограничения изобретения до этих примеров.

Пример 1

21 г этиленгликольмонобутилового эфира

39 г 35% раствора NH₄HF₂

30 г муравьиной кислоты (98-100%)

10 г PVPK-120

Этиленгликольмонобутиловый эфир и муравьиную кислоту вводят в фотоэлектрическую печь. Затем добавляют водный 35% раствор NH ₄HF₂. Затем постепенно добавляют PVP К-120 при перемешивании (по меньшей мере 400 об/мин). При добавлении и приблизительно на протяжении 30 минут после этого следует продолжать активное перемешивание. Перенос в контейнеры происходит после небольшого времени отстаивания. Это время отстаивания необходимо, чтобы пузырьки, образовавшиеся в гравировальной пасте, могли раствориться.

Эта смесь дает гравировальную пасту, при помощи которой стекла, основанные на оксиде кремния и нитриде кремния, и другие системы, основанные на оксиде кремния и нитриде кремния, а также их слои можно специфично гравировать до желаемой глубины по всей площади или в структурах с и/или без ввода энергии.

Скорость гравировки, определяемая при помощи фотоспектрометрии, на термически генерированном слое оксида кремния составляет 120 нм/мин в случае гравировки по всей площади. Скорость гравировки, определяемая при помощи фотоспектрометрии, на слое нитрида кремния, образованном при помощи PE-CVD (коэффициент преломления n=1,98), составляет 70 нм/мин в случае гравировки по всей площади.

Полученная паста для гравировки имеет долгий срок хранения, с ней легко обращаться и она пригодна для печати. Ее можно удалять с отпечатанного материала или с носителя пасты (трафарет, нож, шелковый экран, штамп, клише, картридж, пр.), например, используя воду, или выжигать в печи.

Пример 2

22 г триэтиленгликольмонометилового эфира

43 г 35% раствора NH₄HF₂

20 г деминерализированной воды

12 г PVP K-120

Сначала вводят триэтиленгликольмонометиловый эфир, и все жидкие компоненты добавляют при перемешивании, как в Примере 1. Наконец, постепенно добавляют сгуститель PVP К-120 при перемешивании (по меньшей мере 400 об/мин). При добавлении и приблизительно на протяжении 30 минут после этого следует продолжать активное перемешивание. Перенос в контейнеры происходит после небольшого времени отстаивания. Это время отстаивания необходимо, чтобы пузырьки, образовавшиеся в гравировальной пасте, могли раствориться.

Эта смесь дает гравировальную пасту, при помощи которой стекла, основанные на оксиде кремния и нитриде кремния, и другие системы, основанные на SiO₂ и нитриде кремния, а также их слои можно специфично гравировать до желаемой глубины по всей площади или в структурах с и/или без ввода энергии.

Скорость гравировки, определяемая при помощи фотоспектрометрии, на термически генерированном слое оксида кремния составляет 106 нм/мин в случае гравировки по всей площади.

Полученная паста для гравировки имеет долгий срок хранения, с ней легко обращаться и она пригодна для печати. Ее можно удалять с отпечатанного материала или с носителя пасты (трафарет, нож, шелковый экран, штамп, клише, картридж, пр.), например, используя воду, или выжигать в печи.

Пример 3

12 г твердого NH₄HF₂

142 г молочной кислоты

10 г этилцеллюлозы

36 г этиленгликольмонобутилового эфира

Этилцеллюлозу примешивают постепенно к заранее внесенному этиленгликольмонобутиловому эфиру при 40°С на водяной бане. Твердый NH₄HF₂ растворяют в молочной кислоте, также при перемешивании, и затем добавляют к исходной этилцеллюлозной пасте. Все вместе затем перемешивают при 600 об/мин на протяжении 2 часов.

Эта смесь дает гравировальную пасту, при помощи которой стекла, основанные на оксиде кремния и нитриде кремния, и другие системы, основанные на оксиде кремния и нитриде кремния, а также их слои можно специфично гравировать до желаемой глубины по всей площади или в структурах с и/или без ввода энергии.

Скорость гравировки, определяемая при помощи фотоспектрометрии, на термически генерированном слое оксида кремния составляет 23 нм/мин в случае гравировки по всей площади.

Полученная паста для гравировки имеет долгий срок хранения, с ней легко обращаться и она пригодна для печати. Ее можно удалять с отпечатанного материала или с носителя пасты (трафарет, нож, шелковый экран, штамп, клише, картридж, пр.), например, используя ацетон или бутилацетат, или выжигать в печи.

Пример 4

15 г этиленгликольмонобутилового эфира

15 г триэтиленгликоль монометилового эфира

29 г пропиленкарбоната

72 г муравьиной кислоты

46 г 35% раствора NH₄HF₂

24 г PVP K-90

Смесь растворителей и муравьиную кислоту вводят в фотоэлектрическую печь. Затем добавляют водный 35% раствор NH₄HF ₂. Затем постепенно добавляют PVP К-120 при перемешивании (по меньшей мере 400 об/мин). При добавлении и приблизительно на протяжении 30 минут после этого следует продолжать активное перемешивание. Перенос в контейнеры происходит после небольшого времени отстаивания. Это время отстаивания необходимо, чтобы пузырьки, образовавшиеся в гравировальной пасте, могли раствориться.

Эта смесь дает гравировальную пасту, при помощи которой стекла, основанные на оксиде кремния и нитриде кремния, и другие системы, основанные на оксиде кремния и нитриде кремния, а также их слои можно специфично гравировать до желаемой глубины по всей площади или в структурах с и/или без ввода энергии.

Скорость гравировки, определяемая при помощи фотоспектрометрии, на термически генерированном слое оксида кремния составляет 67 нм/мин в случае селективной гравировки структур с шириной около 80 м. Скорость гравировки, определяемая при помощи фотоспектрометрии, на слое нитрида кремния, образованном при помощи PE-CVD, составляет 35 нм/мин в случае селективной гравировки структур с шириной около 100 м и при температуре гравировки 40°С.

Полученная паста для гравировки имеет долгий срок хранения, с ней легко обращаться и она пригодна для печати. Ее можно удалять с отпечатанного материала или с носителя пасты (трафарет, нож, шелковый экран, штамп, клише, картридж, пр.), например, используя воду, или выжигать в печи.

Источники информации

1. D.J. Monk, D.S. Soane, R.T. Howe, Thin Solid Films 232 (1993).

2. J. Buhler, F.-P. Steiner, H, Baltes, J. Micromech. Microeng, 7 (1997).

3. M. Kohler "Atzverfahren fur die Mikrotechnik" [Способы гравировки для микротехнологии], Wiley VCH 1998.